两种变压器油色谱分析方法对比_赵伟程.pdf

中国电工网两种变压器油色谱分析方法对比赵伟程（大唐中南电力试验研究院，河南 郑州 ）摘要：油色谱分析作为变压器故障诊断的重要手段，熟练掌握其分析方法有着重要意义。为此，介绍了三比值法与三角形判据法两种变压器油色谱分析方法，选取有代表性的典型变压器故障案例对比了两种方法分析的优缺点，并结合一起变压器故障案例讨论使用时需注意的问题，在变压器故障诊断方面为研究人员提供了参考。关键词：变压器；三比值；三角形判据法；案例分析中图分类号：（，）：，：；收稿日期：作者简介：赵伟程（），从事火电电气方面的研究工作。引言变压器作为电力系统中的重要设备之一，其可靠程度直接影响电力系统的安全运行。油色谱分析方法作为目前变压器常规检测和故障分析的重要手段，已在国内得到了广泛应用。其通过分析油中溶解气体，来诊断设备内部是否存在潜伏性故障，以及判断故障类型及其严重程度。本文将通过油色谱分析原理，对比三比值法和三角形判据法两种方法，并结合案例进行讨论。油色谱分析原理大量的运行经验和试验研究证明，变压器运行过程中，在热和电的作用下，固体绝缘材料和油将逐渐老化、分解，产生少量的、等低分子烃类，以及 、等气体。当存在潜伏性的放热或放电性故障时，气体产生的速度会大大加快，分解产生的气体经对流、扩散，不断溶解在变压器油中，其中会有一部分进入气体继电器。由于对判断充油电气设备内部故障有价值的气体是、，因此称这些气体为特征气体，其中把、和含量的总和称为总烃。研究人员在用油色谱分析方法等进行变压器等充油设备故障诊断中，经不断总结和改良，普遍开始使用三比值法及三角形判据法分析问题。我国在 世纪 年代也开始采用此种方法，同时制订了相应导则。经过多年经验总结和应用实践，油中溶解气体法已成为一项可靠的技术，并在国内广泛应用。油色谱两种分析方法介绍 三比值法三比值法是根据充油电气设备内部油和有机绝缘材料在故障下产生的特征气体组分含量的相对浓度与温度的不同关系，从、中选取溶解度和扩散系数两两相近气体组成三种对比值。目前国内主要采用改良三比值法，该方法是在 的基础上，根据国内实践经验对编码组合和故障类型进行细化得到的，现行导则 变压器油中溶解气体分析和判断导则 对此有详细描述。表、表分别是三比值法的编码规则及故障类型判断方法，运用三比值法时，需要注意溶解气体分析本身存在一定的试验误差，因而气体比值也存在某些不确定性。比如，对气体浓度大于 的气体，两次的测试误差不应大于平均值的，而在计算气体比值时，误差应不电工技术电气设备2023 1期大于；当气体浓度低于 时，误差会更大，比值的精确度会大大降低。表三比值法比值规则气体范围比值范围的编码 表 三比值故障类型判断编码组合 故障类型判断 低温过热（低于 ）低温过热（）中温过热（），高温过热（高于 ）局部放电，低能放电，低能放电兼过热，电弧放电，电弧放电兼过热在实际应用中，常会出现不在三比值范围内的编码组合对应的故障，同时由于故障分类存在模糊性，一种故障状态可能引起多种故障特征，而一种故障特征也可在不同程度上反映多种故障状态，因此三比值法不能全面反映故障状况，这时就需要用到其他方法来解决此类问题。三角形判据法三角形判据法的优点是保留了一些由于落在三比值法提供的比值限值之外而被漏判的数据。使用三角形判据法诊断时，比值点落在哪个区域内，该区域所对应的故障类型就是该比值对应的故障类型。三角形判据法的特殊性在于具 有 可 视 化 的 溶 解 气 体 位 置，三 角 形 判 据 法 如 图所示。图 1 三角形判据法 1%CH4%C2H4PD80604020T1T22040608080604020%C2H2D1D2T3D+TD1D2D+TT1T2T3PDD1低能放电；D2高能放电；T1热故障(t300)；T2热故障(300 t700)；T3热故障(t700)；PD局部放电三角形判据法通过、三种气体百分比来判断故障区域，使用方法与三比值法基本一致。例如，在一起变压器故障中，测得的气体数据分别为、，三种气体、分别占三 者 总 和 比 为 、，就可判断在图中 区域属于热故障（）。除了三角形判据法，这里还提供另外两种三角形判据法，如图、图所示。图 2 三角形判据法 2%H2%CH4PD806040202040608080604020%C2H6D1低能放电；D2高能放电；T1热故障(t300)；T2热故障(300 t700)；T3热故障(t700)；PD局部放电图 3 三角形判据法 3%CH4%C2H4PD806040202040608080604020%C2H6D1低能放电；D2高能放电；T1热故障(t300)；T2热故障(300 t700)；T3热故障(t700)；PD局部放电三角形判据法是通过、三种气体百分比来判断故障区域，而三角形判据法是通过、三种气体百分比来判断故障区域。通过三角形判据法可更直观地判断出故障类型，尤其是当判断范围在三比值气体比值的区域之外时，容易直观注意故障情况的变化趋势，但同时也要注意当数据在故障区域相近范围时，这类图示法会容易造成混淆，此时建议仍用三比值法为主来判断分析。结合故障案例分析对比对变压器典型案例色谱数据进行收集汇总，选取其中有代表性的典型故障案例，应用以上两种油色谱分析方法，数据见表。表 变压器典型故障案例油色谱对比序号故障原因三比值编码三角形判据法三角形判据法三角形判据法铁芯多点接地 高温过热 热故障油纸碳化 热故障电气设备电工技术中国电工网续表序号故障原因三比值编码三角形判据法三角形判据法三角形判据法变压器中压引线和套管连接不良 高温过热 热故障油纸碳化 热故障变压器低压引线连接不良 高温过热 热故障油纸碳化 热故障变压器低压引线螺丝松动 中温过热 热故障杂散放气 热故障变压器绕组引线连接不良 中温过热 热故障油纸碳化 热故障分接开关接触不良 低温过热 热故障杂散放气杂散放气内部局部放电 局部放电 局部放电 局部放电 局部放电内部局部放电 局部放电 局部放电 局部放电杂散放气金属异物悬浮 电弧放电 高能放电杂散放气油纸碳化 匝间短路 电弧放电 高能放电油纸碳化油纸碳化 套管端部进水 电弧放电 高能放电杂散放气 热故障 电抗器旁轭磁屏蔽悬浮 低能放电 低能放电 局放故障 热故障 电抗器铁芯静电屏蔽接地线断裂悬浮 低能放电 低能放电杂散放气 热故障 绕组绝缘烧损碳化 低能放电 混合区域 局放故障 热故障通过分析表，可以得出以下结论。（）在判断变压器高温过热、中温过热、低温过热类型故障时，两种方法都可得到较为有效的判断结果；在序号中，三比值法和三角形判据法判断结果基本是一致的，同时三角形判据法和三角形判据法由于没有的影响，能更有效排除干扰因素，从而判断故障的严重程度，以及是否涉及固体绝缘部分（比如表中序号和序号中的三角形判据法分别落在不同区域，可据此判断出故障发生的大致区域）。（）电弧放电、低能放电是变压器中两种故障表现形式，在判断此类故障时，主要影响气体是，因此在序号 中，三比值法和三角形判据法均可有效区分出两种状况；三角形判据法和三角形判据法无法做到准确判断，但能间接反映此时故障的严重程度（比如表中序号，三角形判据法和三角形判据法均为油纸碳化时，此时故障已涉及固体绝缘，故障程度较严重），可以作为一个辅助手段。（）在判断局放故障及混合区域故障（表中序号、）时，三比值法较为局限，很多时候会使研究人员得到错误的结果；而三角形判据法分得更为细致，通过三个三角形判据法互相比较，能够得到一个较为准确的判断。但要注意的是，这类故障在现场解体也难以准确确认，因此此类案例 整 理 得 较 少，无 法 判 断 三 角 形 判 据 法 分 析 是 否全面。在以上典型故障案例判断时，三比值法能较为明显地判断出不同类型的故障，对付常规故障诊断是足够的。但在实际应用中，三比值法不能全面反映故障状况。而三角形判据法则将变压器故障类型分得更为细致，但其相对更为繁琐，不够系统，目前在国内采用得相对较少，在多数情况下还需要相关研究人员运用经验来判断问题。下面就一起变压器故障案例做进一步说明。某电厂台主变型号分别为 、，冷却方式均为油浸风冷式，分别于 年、年投运。在常规检修中对色谱取样试验，发现变压器油中 含量有明显增长，截至 年月号主变 已增长至 ，号主变 已增长至 ，均超过注意值。查阅之前号、号主变预试报告，绝缘电阻、直流电阻、介质损耗均合格，近几年变压器未更换部件。色谱测量结果见表。表 某电厂历次变压器油色谱检测数据运行编号检测时间（）（）（）（）（）总烃（）号主变 号主变 通过对色谱异常的情况进行分析，色谱数据呈现以下明显特征。（）色谱中单组分数据突出，数值较高，号主变在 年月数据为 ，号主变也较高，为 。（）色谱总烃数值略有增长，但总烃绝对值在 下，均不大于 的注意值。（）号主变色谱总烃中含量占比较大，为烃类中最主要气体，而且总烃的增长主要表现为组分的增长；号主变和含量占比较大，为烃类中最主要气体，均呈不断增长趋势，总烃的增长主要表现为组分的增长。（）号主变色谱总烃中含量为零，号主变含量为 ，但总体增长趋势不明显，未超过注意值。通过以上分析可看到，整体色谱特征表现为 数值最高，总烃中 和 含量占比较大，同时总烃含量不断升高，其中 号主变含有少量。通过现场分析，排除了外部受潮、新更换材料、油和有机绝缘材料老化分解的情况，判断故障应发生在变压器内部。为了进一步判断台变压器故障的类型情况，用三比值法和三角形判据法进行分析，结果见表。表某电厂变压器油色谱分析数据运行编号时间三比值编码三角形判据法三角形判据法三角形判据法号主变 局放故障 热故障 局放故障油纸碳化 无编码 热故障 局放故障油纸碳化 无编码 热故障 局放故障油纸碳化号主变 高温过热 热故障 局放故障 热故障 高温过热 热故障 局放故障 热故障 高温过热 热故障 局放故障 热故障通过油色谱数据分析看到，号主变数值由于落在三电工技术电气设备2023 1期比值编码之外，三角形判据法为 热故障；号主变三比值分析为高温过热，三角形判据法为 热故障；由于数据受烷类气体和 含量的影响，均无法得到准确结论，而借助三角形判据法，通过比对、三种气体比值，可准确判断此时故障为局放故障。当发生轻微的油中局部放电故障时，其色谱特征表现为单组分的 数值高，其次是总烃中 含量较大，其他成分含量较少。当放电能量较小时，无；如果放电能量进一步增加，就会出现较少量。同时借助三角形判据法，判断号主变局部放电涉及固体绝缘，导致两者气体含量略有区别。在停电后，电厂对变压器进行抽真空滤油，并联系厂家进行处理。与厂家共同排查后，最终判断变压器故障为油中杂质、气泡放电的可能性较大。现场对变压器中绝缘油进行滤油处理，并对变压器内部进行抽真空，再注油。再次进行变压器局部放电试验和油色谱化验，数据无问题。截至目前运行年，各项数据均正常，判断放电故障已消除，问题已解决。结语本文通过对变压器油色谱分析的三比值法和三角形判据法的介绍，结合案例分析两种方法的优缺点。在变压器典型故障案例中，三比值法与三角形判据法均能进行常规诊断并得到准确的结论；三角形判据法和三角形判据法能判断除三比值编码以外和三角形判据法区域外的情况，可有效分析局部放电、油纸碳化等特殊或综合性故障，但不适合单独分析电弧放电、低能放电等故障，因此建议结合三角形判据法来分析。总的来说，两种分析方法都适用于目前的变压器故障诊断分析，在具体问题时建议两种分析方法一起使用，只有结合实际运行情况进行综合分析才能找到故障的根源，保障变压器设备的安全稳定运行。参考文献 韩长林，仇明，李智，等用油色谱分析方法检测变压器故障变压器，（）：变压器油中溶解气体分析和判断导则（上接第 页）图 2 系统原理图绝缘干燥处理装置工作电源GNT20绝缘测试QQ电动机主电路高压柜10（6）kVTA01TA02M 结语智能电动机绕组干燥处理装置能在电动机停机时自动投入（也可手动投入），能自动平滑电动机的温度曲线，使电动机温度稳定，同时确保外部湿气不能侵入电动机内部，使电动机绝缘值始终保持在高值，满足了随时开机的